魯西地區金伯利巖的磁異常特征及物探方法有效性淺析

劉效才，宋世杰，嚴根苗，張勇

(山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂 276000)

?

魯西地區金伯利巖的磁異常特征及物探方法有效性淺析

劉效才，宋世杰，嚴根苗，張勇

(山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂 276000)

金伯利巖是金剛石的成礦母巖之一。魯西地區目前已發現3條金伯利巖帶，探明金剛石儲量1060萬ct。搜集以往針對魯西地區金伯利巖所做的大量磁測工作資料，對魯西地區金伯利巖的磁異常特征進行總結，并對物探尋找金伯利巖有效性進行簡要分析，認為在魯西尋找金伯利巖，尤其是尋找隱伏的金伯利巖，需在了解地質背景的基礎上，采用磁法、電法相結合，并結合已知金伯利巖的地球物理特征，綜合分析驗證。

金伯利巖；磁異常；物探方法；魯西地區

0 引言

山東省在20世紀60年代就已開始部署金剛石找礦及金伯利巖的研究工作。1965年8月，山東地礦局第七地質隊在蒙陰常馬莊地區首先發現富含金剛石的金伯利巖脈(紅旗1號)。此后，在蒙陰地區陸續查明并圈定了勝利1號等10個金伯利巖管、47條金伯利巖脈 (組)、1個金伯利巖床，取得了顯著的找礦效果。

其中，地球物理方法在金伯利巖的尋找工作中起到了舉足輕重的作用。1968年，山東勝利1號金伯利巖管的發現，就是對常馬莊磁異常的驗證。在其之后幾十年的時間里，以山東省地礦局第七地質隊為主的地勘單位，在魯西地區開展了大面積的航空磁測、地面磁測、電法測量等工作，為總結物探方法在尋找金伯利巖工作中的有效性提供了第一手資料。

該文利用以往針對魯西地區金伯利巖所做的磁測資料，進行簡單歸納，探討魯西地區金伯利巖的地球物理特征，并對利用地球物理勘查方法在魯西地區尋找金伯利巖的有效性進行簡析，為尋找魯西地區金剛石找礦方法創新提供依據。

1 魯西金伯利巖的地質特征

1.1 地域分布及含礦性

目前發現的3個金伯利巖帶位于魯西蒙陰地區，由南向北依次是常馬莊巖帶、西峪巖帶、坡里巖帶(圖1)。其產出形態有3種，分別為巖脈、巖管、巖床，其中以巖脈居多。含礦性具有南富北貧、中間富兩端貧的變化規律。

1.2 地質背景

已發現的魯西金伯利巖產于華北地臺南緣的魯西隆起區中部?；字饕稍缜昂浼o變質變形花崗質巖，其次由中—新太古代變質地層組成，屬A型克拉通；蓋層由新元古代地層組成。蒙陰金伯利巖田位于切割深度達上地幔的沂沭斷裂帶西側40～70km，沂沭斷裂帶是金伯利巖上升的通道，NW向及NE向隱伏斷裂和構造薄弱帶是控礦構造。

1.3 成礦時代

就魯西地區金伯利巖的形成時代而言，至今仍有諸多爭論。從地質環境來看，發現有金伯利巖巖脈切穿了早白堊世的輝綠巖(紅旗1號，圖2)、金伯利巖巖管內有白堊紀青山組火山巖和輝綠巖的碎塊(紅旗28號)等現象，顯示魯西地區金伯利巖形成于晚白堊世；從以往選送的大量年齡測試結果來看，魯西金伯利巖則形成于早古生代中晚奧陶世(加里東期)。

圖1 魯西金伯利巖分布及構造簡圖 (據山東地礦七院，2008)

圖2 金伯利巖巖脈切穿輝綠巖素描圖 (據山東地礦七院，1970)

1.4 金伯利巖帶特征

常馬莊金伯利巖帶位于蒙陰縣城西南約13km的聯城鄉常馬莊之西，該巖帶由8組巖脈和2個巖管組成?？傮w走向(展布方向)345°，長約14km，寬2.5km。各巖脈之間呈右列式排列，走向150°～350°，與巖帶總體走向構成30°～50°的夾角。巖帶中部巖體分布比較集中，在王村有2個巖管產出(勝利1號大、小巖管)；向南、北兩端巖脈分布變稀。常馬莊金伯利巖帶圍巖主要巖性為新太古代片麻狀英云閃長巖。

西峪巖帶位于蒙陰縣城西北約12km的高都鎮西峪村。該巖帶按巖脈展布方向可分NNE向巖帶和NW向巖帶2部分。NNE向巖帶位于新泰-垛莊斷裂與銅冶店-孫祖斷裂之間，巖帶長12km，寬0.5～1km，由10組巖脈和8個巖管組成，總體走向15°左右。巖脈斷續分布在2條互相平行的NNE向斷裂內，其走向基本與巖帶走向一致。巖管則集中分布在巖帶中部的西峪村附近，稱“西峪巖管群”。NW向巖帶位于新泰-垛莊斷裂主斷面的南側，總體走向300°左右，斷裂長4.5km，寬100m；由1個巖床，4條巖脈組成。巖脈走向與巖帶一致；巖床產狀與圍巖產狀基本一致。西峪巖管群地表由8個巖管組成，向下逐漸合并收攏。西峪巖帶圍巖主要巖性除新太古代花崗閃長巖(紅旗2號巖脈)，奧陶紀馬家溝群灰巖(勝利Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ號巖脈，紅旗23號巖床)外，其余均為古元古代二長花崗巖。

坡里巖帶位于蒙陰縣城東北約30km岱崮鎮的野店—坡里—金星頭一帶，長約18km，寬0.5km，巖帶總走向35°～40°。由25條巖脈組成，單脈之間呈平行側列式斷續分布，單脈與巖帶方向基本一致。坡里巖帶中，K1巖脈圍巖為寒武紀張夏組灰巖；K2～K16巖脈圍巖為寒武紀饅頭組砂頁巖；K17～K25巖脈中，除K24巖脈圍巖為輝綠巖外，其余圍巖均為古元古代二長花崗巖。

2 巖石磁性特征

2.1 金伯利巖磁性特征

魯西地區金伯利巖磁性不均勻，不同種類的金伯利巖磁性差異大，同一種類的金伯利巖差異也大(表1)。從魯西地區金剛石找礦以往工作所做的890塊礦石標本的磁性測定統計結果看出，金伯利巖的磁化率K值在26×10-6～14400×10-6CGSM之間變化，剩余磁化強度Jr在3×10-3～5870×10-3A/m之間變化。從圖3a中看出，金伯利巖K，Jr頻率分布曲線都不呈正態分布，這表明金伯利巖的磁性非常復雜，Jr/Ji=0.3～0.6，剩余磁化傾角為60°，接近當地地磁場傾角，且無反磁化現象(圖3b)。

按金伯利巖磁化率K值數量級次分為中等磁性、弱磁性、微磁性3類。

中等磁性(K≥1000×10-6CGSM)金伯利巖包括：含巖球粗晶金云母金伯利巖(Kb4)、細粒金云母金伯利巖(Kb6)、強碳酸鹽化粗晶金伯利巖(Kb5)、粗晶鎂鋁榴石金云母金伯利巖(Kbmy)等，其磁化率K的加權平均值為2448×10-6CGSM。

表1 魯西金伯利巖磁參數統計

(a)金伯利巖K及Jr頻率曲線；(b)金伯利巖剩余磁化傾角 圖3 金伯利巖磁性特征圖 (據山東地礦七院，2013年)

弱磁性(K=n×102×10-6CGSM)金伯利巖包括：斑狀金云母金伯利巖(Kb3)、含圍巖碎屑金伯利巖碳酸鹽化角礫巖(Kb5)等，其磁化率K的加權平均值為420×10-6CGSM。

微磁性(K≤100×10-6CGSM)金伯利巖包括：金伯利角礫巖(Kb1)、金伯利巖碳酸鹽巖角礫巖(Kb2)、褐鐵礦染金伯利巖(Kb5)、凝灰狀金伯利巖(Kbmh)等，其磁化率K的加權平均值為21×10-6CGSM。

金伯利巖磁性強弱與其含磁性礦物多寡有關，而且含礦富的金伯利巖磁性較強，反之磁性較弱。據常馬、西峪2金伯利巖帶13個巖管的巖石標本物性統計資料，中弱磁性的金伯利巖占巖管的73%，其余為無磁性金伯利巖。統計顯示，凡具有工業價值的金伯利巖管(脈)多數具磁性。

2.2 圍巖磁性特征

魯西金伯利巖的圍巖，主要是新太古代泰山序列斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖、角閃黑云斜長片麻巖、混合花崗巖、花崗片麻巖。其次為寒武、奧陶系的頁巖和石灰巖。泰山序列侵入巖磁性不穩定，寒武、奧陶系的地層磁性穩定。其中混合花崗巖、花崗片麻巖屬弱磁性類，磁化率加權平均值K=515×10-6CGSM；石灰巖、頁巖、斜長角閃和混合巖化條帶狀黑云母片麻巖等屬無磁性類，磁化率加權平均值K=21×10-6CGSM。

中等磁性的金伯利巖比混合花崗巖和花崗片麻巖磁性大5倍左右。因此，盡管在混合花崗巖和花崗片麻巖地區磁場復雜，利用磁法尋找金伯利巖還是具備地球物理前提的。

3 金伯利巖磁異常特征

3.1 航空磁測異常特征

魯西金伯利巖區在過去曾經進行過1∶5萬航磁測量，由于比例尺小(飛行線距500m)，因此除了常馬礦帶中的勝利1號金伯利巖大巖管上1條航磁測量剖面上有異常顯示外，其余小的巖管、巖脈基本上在1∶5萬航磁異常圖中沒有顯示。2006年，為了圈定斷裂構造、巖體、進行巖性構造填圖，為工作區礦產勘查規劃和工作部署提供地球物理基礎依據，臨沂魯澳金剛石開發有限公司對蒙陰3個礦帶進行了1∶10000航磁測量(完成630km2)。從該次工作的ΔT等值線平面圖和ΔT剩余異常圖看出，諸多小的金伯利巖巖管、巖脈上均有異常顯示，現列舉幾處不同形體(巖管、巖脈)予以圖示(圖4,圖5)。紅旗6號(西峪巖帶)金伯利巖管上對應的航磁異常特征：異常呈橢圓狀，長軸走向NW向，異常長約150m，寬約100m。異常場值380nT，相對正常場異常高100余nT。異常的走向與金伯利巖管在地表上的投影走向基本一致。

△T剖面平面異常圖(a)、△T等值線平面圖(b) 圖4 紅旗6,8,18,28,31,32號金伯利巖所在位置航磁測量 (據山東地礦七院，2006)

西峪巖帶紅旗18號金伯利巖管上對應的航磁異常特征：在ΔT等值線平面圖上巖管上方僅是一磁場波動，在剩余異常圖上，異常呈NEEW向橢圓狀，異常強度20余nT。異常走向與巖管在地表上的投影走向大致吻合。紅旗28號巖管和31號巖脈上對應的航磁異常特征：28號巖管和31號巖脈處在ΔT等值線平面圖上230～300nT的磁場相對較低位置，在剩余異常圖上顯示為負異常，幅值為-60～-10nT。異常走向與礦體走向基本一致。

西峪巖帶紅旗8號和32號金伯利巖管上對應的航磁異常特征：由于8號、32號金伯利巖管相距較近，2巖管上反映為同一異常。在ΔT等值線平面圖上巖管上方僅是在280～330nT的磁場波動，在剩余異常圖上，異常呈NNE向橢圓狀，異常強度50余nT。異常走向與2巖管在地表上的合并投影走向大致吻合。

西峪巖帶紅旗3號金伯利巖脈和13號、33號金伯利巖管上對應的航磁異常特征：紅旗3號金伯利巖脈上ΔT等值線僅有較小的磁場波動，在ΔT剩余異常圖上呈NNE向條帶狀，異常強度10～40nT。紅旗13號、33號金伯利巖管上呈現出圓形異常。紅旗13號金伯利巖管上異常強度520nT，相對正常場異常高230nT；紅旗33號金伯利巖管上異常強度370nT，相對正常場異常高110nT。

圖5 紅旗3，13，33號金伯利巖航磁測量ΔT等值線平面圖 (據山東地礦七院，2006)

3.2 地面磁測異常特征

地面磁測結果顯示，當強磁性的金伯利巖以弱磁性圍巖為背景,或弱磁性金伯利巖以無磁性的磁性圍巖為背景時,磁異常反映明顯。一般異常強度在200～500nT之間,如勝利1號、6號、紅旗8號。若磁性相當的金伯利巖和其圍巖共存時,磁異常反映不佳,而電法有異常反映，如8號金伯利巖管圍巖為花崗片麻巖,磁法效果不明顯。無磁性的金伯利巖以磁性圍巖為背景時,巖體上部反映為一低磁異常,如7號巖管(圖6),曲線平緩,強度在-50～-100nT左右。

圖6 金伯利巖上物探異常特征示意圖 (據王聿軍，2005)

4 結語

20世紀80年代以來，以高精度物測儀器為基礎的金伯利巖地球物理勘查法逐步成為成熟的找礦手段，并在金剛石礦床勘查中發揮了重要作用，成為金剛石地球物理勘查的主要方法。但金伯利巖磁性強弱和磁鐵礦含量有關，隨不同類型金伯利巖、蝕變程度不同而變化。一般當圍巖和金伯利巖磁性差別較大時，磁法勘查才有效，同時也需排除諸多干擾因素。目前高精度磁測主要用于重砂異常的查證、航磁異常的查證以及金剛石普查區的掃面，注重環狀磁異常及等軸低緩異常。

金伯利巖含揮發分高，容易風化充水，其電阻率通常偏低。電阻率測量也能在金伯利巖上顯示出低電阻率值，但效率低，不適用于大面積使用。該法主要用于尋找容礦斷裂地帶或輔助磁法找礦。目前用于勘查金伯利巖的主要方法有聯合剖面法、對稱四極剖面法、直流電測深法、高密度電法測量及音頻大地電磁法(AMT)、可控源音頻大地電磁法(CSAMT)，其中以可控源大地音頻電磁測深為最新應用的方法，從最近的實驗效果來看，可以作為對已知金伯利巖巖體的深部特征進行了解的有效方法。

[1] 潘玉玲，戴昭明，李平.魯西金伯利巖勘查中電法勘探的應用效果分析[J].地質科技情報，1993,12(6)：21-25.

[2] 潘玉玲，李振宇，魏文博.電法勘探在尋找金剛石原生礦中的作用[A]//中國地球物理學會第七屆學術年會論文集[C],1991:144.

[3] 彭聰，孫德梅.借助人機交互解釋系統研究山東、遼寧金伯利巖重、磁場特征[J].礦床地質研究所所刊,1994,(1):55-69.

[4] 王聿軍,仲衛國，張善法.金伯利巖的物化探異常特征及勘探方法[J].地球物理學進展，2005,20(1)：108-111.

[5] 顏彬.金伯利巖地球物理異常特征及地球物理勘查模式[J].江蘇地質，1991,(2):72-76.

[6] 張文寬，楊本錦.金伯利巖型金剛石找礦準則和找礦判別模型[J].礦床地質，1988,7(3)：71-78.

[7] 吳飛.大地電磁在深部找礦的應用[J].科技論壇，2015,(11):143-144.

[8] 王海平，張宗貴.蒙陰金伯利巖地面TM波譜研究及其在金剛石找礦預測中的應用[J].巖石礦物學雜志，1998,17(3)：206-234.

[9] 楊斌，馬祥縣，唐璐璐，等.山東省蒙陰地區金剛石原生礦形成時代的討論[J].山東國土資源，2015，31(4)：19-27.

[10] 龍昭陵.物化探在勘查金剛石原生礦中的作用及今后工作建議[J].湖南地質，1998,17(1)：53-57.

[11] 龍昭陵.重力均衡異常與原生金剛石礦[J].物探與化探，1999,23(3)：185-194.

[12] 王仲會.金剛石成礦模型與勘查方法[J].北京：地質出版社，1998.

[13] 董斌.湖南金剛石原生礦找礦工作與方向的再思考[J].國土資源情報,2009,(7):49-52.

[14] 王照波,呂青,葛躍進,等.論“牛嵐構造體系”特征及其對蒙陰金伯利巖帶的控制[J].山東國土資源，2013，29(10-11):1-5.

[15] 孟小紅,譚承澤.遼寧復縣金伯利巖的磁性特征及其意義[J].地球物理學報，1994，37(3):353-361.

[16] 張宏福,楊岳衡.華北克拉通東部含金剛石金伯利巖的侵位年齡和Sr-Nd-Hf同位素地球化學特征[J].巖石學報，2007，23(2):285-294.

[17] 尹作為.山東蒙陰金伯利巖中鋯石的成因研究[J].寶石和寶石學雜志,2004,6(4):19-21.

Primary Analysis on Magnetic Anomaly Characteristicsof Kimberlite and Availability of Geophysical Prospectingin Western Shandong Province

LIU Xiaocai, SONG Shijie, YAN Genmiao, ZHANG Yong

(No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Linyi 276000, China)

Kimberlite is one of the mother rock of diamond. At present, Three kimberlite zones have been found in western Shandong province, and the proven reserves are 10.6 million carats. Based on early magnetic survey work, magnetic anomaly characteristics of kimberlite in western Shandong province have been analyzed, and the availability of geophysical prospecting in detecting kimberlite has been introduced. It is concluded that methods of magnetism and electricity should be used in detecting kimberlite, especially in detecting hidden kimberlite in this area. Meanwhile, regional geological background and known geophysical characteristics of kimberlite also should be considered comprehensively.

Kimberlite; geophysical prospecting; magnetic anomaly; Luxi area

2016-10-09；

2017-05-23；編輯：陶衛衛

劉效才(1983—)，男，山東臨沂人，高級工程師，主要從事地質礦產勘查工作；E-mail：liuxiaocai@163.com

P619.241

A

劉效才，宋世杰，嚴根苗，等.魯西地區金伯利巖的磁異常特征及物探方法有效性淺析[J].山東國土資源，2017,33(8)：63-68. LIU Xiaocai, SONG Shijie, YAN Genmiao, etc. Primary Analysis on Magnetic Anomaly Characteristics of Kimberlite and Availability of Geophysical Prospecting in Western Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(8)：63-68.